Электродинамическая теория объемных и двумерных пространственных структур из бианизотропных частиц

• Автор: Симовский, Константин Руфович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 315 с. : ил.

Теория объемных и двумерных пространственных структур из бианизотроп-ных частиц: Докт. дисе. /К.Р.Симовский. СПб. гос. ин-т точн. мех. и опт. (технич. ун-т.) Санкт-Петербург, 1999. 315 с., 57 рисунков.
Диссертация посвящена разработке аналитических моделей, описывающих электродинамические свойства бианизотропных структур, включая сплошные композиционные среды и такие структуры, для которых представление о сплошной среде неприменимо (бианизотропные решетки). Свойства и параметры бианизотропных структур выводятся в работе через микроскопический отклик структуры на действующее (локальное) поле, т.е., в конечном счете, через отклик отдельной бианизотропной частицы. В работе развита теория электромагнитного взаимодействия частиц между собой как для сплошных композиционных сред, так и для бианизотропных решеток, а также теория усреднения мультипольной поляризации для сплошных композиционных сред. Очерчены границы применимости представлений о сплошной среде для композиционных тел конечного размера (как на основании аналитического рассмотрения, так и путем численного моделирования). Некоторые результаты в этой части имеют фундаментальное значение. Построены аналитические модели перспективных бианизотропных частиц для сверхвысокочастотных приложений. В некоторых случаях применяются оригинальные математические методы. Отдельно исследованы бианизотропные поглощающие покрытия, проблема которых имеет ярко выраженный прикладной аспект. Кроме чисто теоретических иссследований пул е д став л ены экспериментальные результаты, полученные при участии автора и подтверждающие его теорию.
Библиография дана отдельно к каждой главе. Итого 201 назв.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
0.1 Особенности диссертации и основные результаты
0.2 Особенности изложения и обозначений
Краткий обзор литературы по электродинамике бианизотропных
сред
1.1 Системы бианизотропных материальных уравнений
Системы биизотропных материальных уравнений. Биизотропные среды
Системы бианизотропных материальных уравнений. Виаиизотропные среды
1.2 Исследования распространения волн в бианизотропных средах
Оптическая активность и дихроизм
Поляризация собственных волн и эффект сильного поглощения в одноосной омега-среде
Исследования распространения волн в слоистых бианизотропных структурах Особенности бианизотропных волноводов
1.3 Микроскопические модели бианизотропных сред
Понятие о микроскопической модели среды
Моделирование бианизотропных включений для СВЧ-приложений Модель Максвелла Гарнетта Модель Брюггемана
1.Л Литература
Теория слабой пространственной дисперсии в непроводящих, немагнитных и неполярных средах
2.1 История вопроса (обзор)
Локальные и нелокальные электродинамические материальные уравнения Понятие слабой пространственной дисперсии
Теория ’’гиротропии” Ф.И. Федорова
Выражения для векторов электрической индукции и магнитной напряженности через мультиполи среды
Теория слабой пространственной дисперсии Рааба-Грэхем-Баррона
2.2 Виаиизотропные материальные уравнения как тождественное следствие
слабой пространственной дисперсии
Преобразование уравнений РГВ Неоднозначность мультиполей и ее последствия
Бианизотропия и слабая пространственная дисперсия как тождественные понятия
2.3 Модель Максвелла Гарнетта для среды с квадруполями
2.4 Результаты развития теории слабой пространственной дисперсии ... /6
2.5 Классификация бианизотропных сред
Постановка задачи
Классификация взаимных сред Примеры
Микроскопический смысл кирального эффекта в омега-среде Невзаимные бианизотропные среды (обзор)
2.6 Результаты классификации бианизотропных сред
2. Л Литература
2. А Приложение к главе 2. Волны в псевдокиральной среде
3. Электромагнитное взаимодействие включений в средах со слабой
пространственной дисперсией
3.1 Общая история вопроса (обзор)
3.2 Формулы типа Лоренц-Лорентца и Клаузиуса-Моссотти в электростатике композиционных тел с различной внутренней геометрией
Постановка электростатической задачи История вопроса и некоторые соображения Общие формулы Кубическая решетка
Обобщенные формулы Клаузиуса-Мосотти-Лоренц-Лорентца Выводы к параграфу
3.3 Микроскопическая модель слабой пространственной дисперсии среды . 125 Постановка задачи
Формула Лоренц-Л орентца. для сред со слабой пространственной дисперсией Альтернативная модель электромагнитного взаимодействия и усреднения мультипольной поляризации
3.4 Материальные уравнения для сред с пространственной дисперсией
второго порядка
Что дает теория РГБ для дисперсии второго порядка?
Вывод материальных уравнений с учетом дисперсии второго порядка?
3.5 Выводы к главе
З.Л Литература
З.А Приложение к главе 3. Электродинамические константы взаимодействия
4. Аналитические модели бианизотропных частиц
4.1 Теория симметричной киральной частицы (обзор)
Общий подход

сводится к паре уравнений первого порядка путем факторизации, как это сделано выше.
1.2.4. Особенности бианизотропных волноводов
Метод векторных линий передачи хорошо зарекомендовал себя при анализе биизо-тропных волноводов, как полностью, так и частично (в продольном направлении) заполненных средой. Оказывается, что все моды в киральных волноводах гибридные, характерной особенностью является бифуркация мод. Обычное для круглых изотропных волноводов вырождение при заполнении их киральной средой снимается [26]. В некоторых случаях (например, одноосная омега-среда) волноводные моды носят довольно простой характер и в бианизотропных волноводах, тогда метод векторных линий передачи также оправдывает себя. Для произвольных частично заполненных БА волноводов Е.О. Каменецким был предложен метод так называемых комплексных мод, идея которого достаточно сложна и не относится к теме диссертации, и потому ограничимся ссылкой на работу [25].
1.3. Микроскопические модели бианизотропных сред
1.3.1. Понятие о микроскопической модели среды
Для исследования волновых процессов в Б А средах, а также для создания любых бианизотропных устройств надо знать три, вобще говоря тензорных, макроскопических материальных параметра композита. (В рамках диссертации рассматриваются почти исключительно взаимные композиционные структуры, поэтому речь идет о параметрах 6, Д, К). Конечно эти МП можно измерить, если размеры и форма образца среды позволяют это. Однако учитывая сложность изготовления и дороговизну таких композитов, этот путь следовало отвергнуть и сосредоточиться на теории, позволяющей предсказывать макроскопические МП. Для того, чтобы осуществить разработки Б А композитов с заданными свойствами и для того, чтобы произвести оценку практической возможности реализации композиционной среды, для которой получены какие-либо макроскопические соотношения, надо знать ответы на три вопроса. Первый вопрос: как следует описывать отклик единичного (элементарного) объема среды на макроскопическое электромагнитное поле в этом объеме? Этот вопрос - самый простой вопрос микроскопической электродинамики — оказался для БА сред сложным и потребовал развития специальной теории.
Второй вопрос микроскопической электродинамики: как выразить этот
макроскопический отклик среды через отклик частицы-включения? Сложность